利用液限直接确定塑限的一种方法

姜 彬

(中煤国际工程集团沈阳设计研究院工程勘察所，辽宁 沈阳 110015)

1 问题的引出

1.1 相关定义

1)界限含水率——土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态时的分界含水率。

2)液限——土由流塑状态转变为可塑状态时的界限含水率。符号为WL。

3)塑限——土由可塑状态转变为半固体状态时的界限含水率。符号为WP。

4)塑性指数——土的液限与塑限的差值。符号为IP。

1.2 求得液限(WL)和塑限(WP)的常用方法

土的液限(WL)和塑限(WP)都可通过试验实测求得。试验室实测液限(WL)和塑限(WP)的常用方法包括:1)液、塑限联合测定法;2)碟式仪法测定液限;3)华西列也夫圆锥仪法测定液限;4)滚搓法测定塑限。

现将各试验方法简介如下。

1.2.1 液、塑限联合测定法

本试验方法适用于粒径小于0.5 mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。

主要仪器设备包括:

1)液、塑限联合测定仪:包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯;

2)天平:称量 200 g，最小分度值 0.01 g。

本试验方法的特点:测定方法易于掌握，采用电磁落锤可减少人为因素影响，但测试步骤相对繁琐。

1.2.2 碟式仪法测定液限

本试验方法适用于粒径小于0.5 mm的土。

主要仪器设备包括:

1)碟式液限仪:由铜碟、支架及底座组成，底座应为硬橡胶制成;2)开槽器:带量规，具有一定形状和尺寸。

本试验方法的特点:测定结果较为准确，但测定方法较难掌握，分析流程长，在含水率与圆锥下沉深度关系曲线图中不易连成一直线。

1.2.3 华西列也夫圆锥仪法测定液限

本试验方法适用于粒径小于0.5 mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。

主要仪器设备包括:

1)圆锥仪;2)调土刀;3)盛土皿;4)铝称量盒;5)天平;6)烘箱。

本试验方法的特点:测定方法易于掌握，试验速度较为快捷，但测定过程中有一定的人为因素影响。

1.2.4 滚搓法测定塑限

本试验方法适用于粒径小于0.5 mm的土。主要仪器设备包括:

1)毛玻璃板:尺寸宜为200 mm×300 mm;

2)卡尺:分度值为0.02 mm。

本试验方法的特点:测定方法简单，试验速度较为快捷，但试验标准不宜掌握，人为因素影响较大。

1.3 问题的引出

液限(WL)和塑限(WP)是土物理性质的主要指标之一，亦是评价粘性土的可塑性重要指标。对于粘性土来说，其分类标准系按照其塑性指数(IP)来确定的，而塑性指数又是根据土的液限(WL)与塑限(WP)之差来确定的。因此，液限(WL)与塑限(WP)值的测定在土工试验及实际岩土工程工作应用中是十分重要的。

长期以来，国内的土工试验操作中通常采用华西列也夫圆锥仪法测定液限(WL)值，采用滚搓法测定塑限(WP)值。

两种试验方法所需要的试验设备相对简单，试验速度也相对快捷，但两种试验方法的测定结果都不同程度地受人为因素影响。特别是滚搓法的标准不宜掌握，人为因素影响较大，对低塑性土影响尤甚，往往得出偏大的结果;同时该方法既费时间又费人工。所以，为了既能提高试验速度，节省人工，又能最大程度地避免在试验操作过程中受到人为因素的影响，求得准确、可靠的试验数据，很多地区和单位的土工试验人员都试图找到一个可以利用液限值快速求得塑限值的方法。

2 方法探讨

2.1 液限(WL)、塑限(WP)之间的相关关系

笔者在生产实践的基础上，通过对辽宁沈阳、铁法及河北唐山、黑龙江大雁等十几个地区650组土工试验数据的分析研究，并进行归纳整理，总结出液限、塑限之间呈线性分布，两者存在相关关系，即:液限(WL)值增大，塑限(WP)值相应亦增大;液限(WL)值缩小，塑限(WP)值相应亦缩小。

2.2 经验公式

通过数理统计结果得出一个由液限值直接计算出塑限值的经验公式，即:

其中，WP为塑限，%;WL为液限，%;α为经验系数。

根据数理统计，当液限(WL)值在一定范围内，经验系数α是一个常量。其相互关系见表1。

按此经验公式对650组土试样的塑限(WP)值进行了试算，将试算结果与滚搓法实测结果比较，其误差情况见表2。

根据土工试验操作规程规定，液、塑限平行误差不大于±2.0%。由表2可以看出，误差值在0%～±1.0%的占49%，误差值在±1.1%～±2.0%的占38%，符合规程要求的占87%，而误差值大于±2.0%的不符合要求的占13%。试算结果的绝大多数符合要求，故可以利用得出的经验公式试算塑限。

表1 液限(WL)值与经验系数α关系表

表2 塑限(WP)值试算与实测误差统计表

3 工程应用实例

我单位在沈阳某建筑勘察项目的土工试验中，分别采用滚搓法和经验公式对土试样的塑限值进行了对比，对比结果见表3。

表3 塑限(WP)试验数据对比结果表

由表3数据可知，经验公式计算的塑限值中符合土工试验操作规程规定允许误差范围内的数据占总试验数据的90%。对比结果证明，通过经验公式计算的塑限值是可以采纳、利用的。

4 结语

1)本文所得出的经验公式可以利用液限(WL)值直接计算塑限(WP)值，进而取代了塑限(WP)值的实际试验操作测定工作。

2)利用这个经验公式，缩短了生产周期，节约了能源，为尽快提出土工试验报告提供了保证。

3)通过多年的工程实践证明，利用这个经验公式所获得的试验数据是可靠的、合理的。

[1] GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].

[2] 陶本藻.数据统计浅说[M].北京:测绘出版社，1981.

[3] JGJ 84-92，建筑岩土工程勘察基本术语标准[S].

[4] 常士骠，张苏民.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社，2006.